基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究

车身门盖系统极高的外观精度要求，使得主机厂会在“四门两盖”制造中(前盖、4扇车门以及行李箱盖或后背门)采用含胶包边工艺，以避免焊接、铆接等其他连接工艺可能遗留的外观缺陷.在包边成形工艺中，胶层填充状态不仅影响折边胶的涂布用量，形成溢胶或缺胶现象，而且直接决定了外界空气的渗入体积，成为诱导后续胶层高温固化时膨胀变形的重要因素，对门盖产品最终的成形质量产生了重要影响.

胶层的填充状态缺陷主要有溢胶与缺胶.溢胶不仅导致胶粘剂材料浪费，而且进行后续涂敷密封胶工艺之前还需要先清理该部分溢出的胶粘剂，造成工时增加.缺胶缺陷不仅影响内外板之间的连接强度，还会使内外板之间留有空气腔，烘烤后受热膨胀产生胶泡，且折边区域裸露金属易被腐蚀，影响门盖件的使用寿命.

疼痛可以直接影响到病人的生活质量,疼痛发作时,机体会出现一系列地病理和生理反应,同时会让患者主观出现不悦的感受,在心理上给患者造成了巨大的困扰,而这些因素又恰恰决定着化疗、放疗及相关的一些治疗能否继续进行。[3]疼痛是一些晚期癌症病人常见的临床表现,尤其是持久、强烈、无法忍受的疼痛,这些会经常引起一系列症状,如食欲发聩、睡眠不佳、焦虑、烦躁、忧郁、甚至消极抗拒治疗等等,从而使得病情恶化。因而改善患者的疼痛状况,缓解情绪反应至关重要。我们需要加强对患者疼痛方面的教育,使晚期癌症患者度过舒服、平静的终末期。

目前，国际上对于薄板含胶包边工艺的研究主要集中在板材缩进/涨出量、包边褶皱等方面，对于由胶层填充状态引起的缺胶、溢胶质量缺陷研究尚不充足.文献[3]建立了含胶滚压模型，讨论了胶层对薄板包边缩进量的影响.文献[4]对弯曲几何形状的铝合金包边工艺进行了研究，分析了薄板包边褶皱的成因，但所建立的模型忽视了胶层的作用.而国内相关主机厂如长城、上汽大众、上汽通用等则对于缺胶、溢胶质量缺陷进行了大量研究，并对汽车折边密封胶胶泡问题进行了分类，从工艺参数、原材料特性、设备控制等方面详细分析了胶泡产生的各类影响因素，同时结合生产过程提出了多项解决措施，为现场生产遇到的类似问题提供了具体的解决思路.但是，相关研究只是提出了一些基于工艺经验的质量优化方法，对于折边胶在包边间隙中的流动机理研究不足，并缺乏对胶层填充状态的量化定义，需要从胶层流动填充的角度，分析其对含胶包边工艺的影响，建立工艺参数、填充状态、成形质量的评判指标.

因此，本文基于有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)法建立了含胶包边工艺模型，并采用Abaqus对该工艺过程进行了数值模拟，分析了工艺过程中出现的溢胶、缺胶等质量缺陷，进行了含胶包边实验.通过对比实验与数值模拟结果，验证了所建模型的合理性.对包边区域胶层的填充率进行了定义，并设计正交试验组合，分析了折边胶直径、离边距、包边厚度等3个关键工艺参数对填充率的影响.最后，对数值模拟结果进行多元多次拟合，获得填充率与折边胶直径、离边距、包边厚度等工艺变量的函数关系式，为车身薄板含胶包边工艺参数优化提供依据.

首先，在大学英语课堂教学设计和实施中，教师通过对“教”与“学”在时间、空间上的布局.通过对任务型教学活动的设计、组织，促进教学过程中的交互性.提升学生的参与度，确保课堂教学的有效性。

1 胶层-薄板填充状态量化

为量化折边胶填充状态，有必要定义其在包边间隙中的填充率，为后续工艺改进提供优化目标参数.折边胶涂布在微小的包边结构间隙中，其填充状态较为复杂.客观上，在内外板材挤压下，受结构形状、内部空气、板材表面粗糙度等因素影响，填充空腔可能出现在胶层内部、包边结构拐角处等多个位置.实际生产中，在胶层充分流动时，这些位置的填充空腔体积总量微小，对门盖件几何外观精度和使用寿命影响较小.因此，本文假设胶层为连续流动流体，胶层内部无空腔且拐角处填充完整，连续的填充空腔只出现在胶层流动的首尾两端.

式中：为理论填充面积；为空腔面积，包括空腔V与空腔V.理论填充面积为胶层完全填充内外板包边间隙时的面积，可以表示为

空腔V会造成空气与水分进入内外板之间的配合缝隙，长时间不处理会造成生锈，影响使用寿命.胶粘长度变短，严重时会造成内外板连接强度不足，甚至连接失效进而出现内外板窜动现象.空腔V会造成密封胶胶泡缺陷，影响门盖件外表美观度.

根据图1，将直边-平面包边结构的折边胶填充率定义为

一是在组织和机构方面，没有建立稳定的信息系统运行维护制度及经费投资渠道，导致已建或在建系统不能充分发挥效益；二是在硬件设备配置方面，由于缺乏既熟悉水利行业特点、专业知识，又拥有计算机信息技术知识的第三方独立咨询机构，大量资金用于购买服务器、建网络等，忽视了系统建设的周期性，急功近利，急于求成；三是在系统维护方面，目前基层部分水利工作人员知识面较窄，尤其是既熟悉水利行业又懂信息技术的复合型人才少之又少，无形中增加了全市水利信息化发展的难度。

(1)

对于车身门盖典型的直边-平面包边结构，忽略流体边界效应的影响，假定折边胶内部与表面流速一致，在此条件下，选取结构任一横截面处的折边胶填充状态如图1所示.其中：为空腔V的长度；为空腔V的长度；为板材厚度；为内板法兰长度；为包边厚度；为翻边长度；为胶层厚度.

(2)

空腔面积可以表示为

本系统采用双机容错系统基于FPGA热备份方案。在该系统中，仲裁器通过与CPU子系统交互来获取工作状态，并据此判断CPU状态标志。FPGA仲裁器从两路控制信号中仲裁出与外界通信的实际控制信号[7]，双机容错系统方案如图1所示。

=(+)

(3)

将式(2)与(3)代入式(1)可以得到：

(4)

2 基于FEM-SPH法的薄板含胶包边数值模拟

2.1 FEM-SPH法基本原理

薄板含胶包边是典型的流固耦合问题，胶粘剂受板材挤压流动，其运动过程呈现按高度的非线性.Lagrange法在处理该问题时无法处理网格大变形畸变现象，导致计算不收敛.SPH法是一种无网格Lagrange法，通过将连续体划分为相互作用的粒子，模拟胶粘剂在板材之间受挤压之后的流动特性，对于解决大变形以及流体非线性运动过程具有良好的适应性.与Lagrange方法耦合时，既能解决网格畸变问题，也能提高单一SPH法的计算效率.设置FEM单元为主体，SPH粒子为从体，粒子与单元表面之间的力传递通过接触算法来实现.

FEM法采用中心差分法求解显式动力学方程，SPH法采用蛙跳格式求解流体动力学方程，以此提高数值模型的收敛性.在SPH粒子和FEM单元节点上施加接触力()，将其以外力的形式加入SPH动量方程和有限元方程：

(5)

(6)

在包边过程中，外板在折边模具作用下产生弹塑性变形.同时，模具也会受到板材的反作用力.在实验过程中，可通过传感器获得反作用力的大小；在仿真过程中，需要先将模具刚体设置为参考体集合，在仿真完成之后即可提取参考体集合的反作用力.当=4 mm、=1.5 mm时，设置不同的包边厚度=3.0，3.2，3.4 mm，获得的实验与仿真在45°与90°折边时的压力曲线如图10所示.其中：为压力；为归一化后的时间；EXP表示实验数据；SIM表示仿真数据.

2.2 数值模拟模型及网格划分

涂胶包边工艺模型主要包括外板、内板、折边胶三部分，模型结构示意图如图2所示.其中：为离边距；为内外板间隙；为折边胶直径；为折边圆角半径.工艺模型结构主要尺寸参数如表1所示.

在高校的旅游管理专业进行创新创业教育的开展，其实就是为了使得我国传统教学模式之中对人才培养的弊端加以有效地避免，使得高校实现对创新创业型人才的良好培养，因此这也是对高校实现的一种十分有效的教学改革。因此随着创新创业教育在高校的旅游管理专业之中的开展，已经受到了初步的成效。但是对于一些高校来讲，在教学的资源配备、发展的经费以及师资力量等的很多方面都没有足够的支持力度，使得创新创业教学在旅游管理专业教学过程中的作用很难实现有效的发挥。

本研究中选用铝合金车门开展研究，外板材料采用AA6016-T4铝合金，内板由于需要承重采用45钢，密度为7.9 g/cm，弹性模量为210 GPa.折边胶采用汽车常用的单组分环氧树脂型折边胶，常温下为蓝色柔性糊状物，动力黏度为50 Pa·s，密度为1.48 g/cm，含固率为99%.在包边过程中，外板经历了弹性与塑性的变化过程，采用von Mises屈服准则和幂律等向强化模型，AA6016-T4铝合金外板具体材料参数如表2所示.

为研究、、对的影响，设置了不同的折边胶直径=3，3.5，4，4.5，5 mm，不同的离边距=0.5，1.5，2.5 mm，不同的包边厚度=3.0，3.2，3.4 mm，采用正交设计法，共有45个组合.制作45组样本，经过固化之后将结构破开，采用前文中基于固化样本的填充率计算方法，获得实验固化样本的填充率.实验与仿真得到的45组实验结果散点图如图11所示.由图11可知，填充率随着折边胶直径的增大而升高，折边胶直径代表涂胶量的多少，直径越大，涂胶量越多.在折边厚度一定时，内外板之间的包边间隙将填充得越充分，因而填充率会上升.折边厚度代表着内外板之间的间隙，厚度越大，代表需要填充的间隙越大，在涂胶量一定的情况下，填充率会下降，在同一涂胶直径下的填充率变化符合此规律(见图11).

由于Abaqus软件暂不支持直接划分SPH粒子，需要先将折边胶实体划分为有限单元网格，然后在网格类型设置中将网格转换为粒子，为避免SPH粒子与有限单元网格的固结问题，将粒子转换判据设定为时间等于0，即当仿真一开始时，有限单元网格自动转化为SPH粒子，生成SPH粒子的质量、速度、位置与对应的有限单元网格一致，根据单元质量守恒可得到粒子的光滑长度

(7)

式中：0为粒子的初始密度；0为粒子的初始单元尺寸；为光滑长度与单元尺寸的比例系数；为粒子的密度.通过网格与SPH粒子转换计算，得到转换之后的折边胶粒子总数为 28 981.

3 薄板含胶包边实验

3.1 实验方案

实验步骤如图4所示.薄板含胶包边工艺胶层填充状态图像获取实验主要包括5个步骤：① 板材表面清理；② 外板涂敷折边胶；③ 内外板扣合；④ 外板45°折边；⑤ 外板90°折边.在进行步骤③～⑤的同时，用相机实时获取折边间隙中胶粘剂的填充状态图片.外板45°与90°折边分别表示将外板折边区折至与垂直方向成45°与90°角.

[4]赵铁军、惠怀海:《文化节的营销策略研究——以庆阳香包文化节的营销策略为例》,《陇东学院学报》2012年第4期。

3.2 实验设备

本胶层填充状态图像获取实验平台示意简图如图5所示.该实验平台包括：拉压试验机系统、照相机、计算机系统、板材等四部分.拉压试验机系统包括：试验机本体及力传感器、折边模具、模具夹具、板材定位模具等部分.力传感器主要用于获取板材成形过程中的折边力，折边模具用于实现板材的逐步折边过程，板材定位模具用于给板材定位，防止其窜动.本实验采用ZQ-990A系列拉压试验机及其自带的力传感器，传感器力分辨率为0.01 N，位移精度为0.01 mm.根据图5搭建的实验平台实体如图6所示.

3.3 固化试样填充率计算

2.1 两组患者治疗前、后激素水平比较 治疗前两组患者血清E2、LH、PRL、FSH、T和AMH水平差异无统计学意义(P>0.05)；治疗后两组患者血清E2和FSH水平低于治疗前且观察组低于对照组，T和AMH水平高于治疗前且观察组高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

4 结果对比与分析

4.1 包边过程对比

实验中的包边过程与仿真包边过程对比如图8所示.由图8可知，在内外板扣合之后，一部分折边胶在内板下表面自由流动扩散，另一部分由于外板约束作用，经折边拐角区域涌入内板上侧.实验与仿真过程中板材的变化基本吻合，而折边胶状态在45°折边与90°折边初始时，实验与仿真略有偏差.

由图8可知，实验过程中折边胶在45°折边时已经在内板上开始呈流淌状态，但在仿真过程中，折边胶仍停留在悬空状态.这是因为仿真过程是一个连续过程，通过设置连续的计算步，上一步的最终瞬时状态即为下一步的初始态，所以45°折边的初始状态即为内外板扣合的最终状态.在内板扣合过程中胶粘剂受到瞬时挤压，粒子会得到一个初始速度，在涌入外板折边拐角区时，一部分粒子的动能被消解，另一部分则顺势向上跃起，将动能转换为重力势能，在这个瞬时状态，遵循能量守恒定律，所以部分折边胶会处于悬空状态.在实验过程中，由于人工操作不可避免地会有时间延迟，导致内外板扣合后、45°折边开始时，折边胶的瞬时悬空状态已经消失，显现出正常的流淌状态，即为实验图中的状态.在90°折边后期，仿真中粒子的初始动能已经通过重力势能做功消耗完毕，因此呈现出与实验吻合的折边胶状态.实验与仿真包边过程的最终状态对比如图9所示.由图9可知，实验与仿真结果是吻合的，这也验证了有限元模型的合理性.

4.2 折边力对比

由图10可知，实验时的模具压力曲线与仿真得到的压力曲线的变化趋势是吻合的，但是实验测得的数值大于仿真得到的压力值.由于实际实验时使用的模具与板材接触的表面并不是绝对光滑的，其表面微观的凹凸不平会导致模具与板材表面摩擦力偏大，最终使实验测得的模具反作用力偏大；而在仿真过程中，模具与板材接触的表面都是理想的光滑表面，摩擦力的影响几乎可以忽略，使得仿真值偏小，曲线峰值相差较大.压力值在初始接触时会急剧增大，随着板材变形，接触面积增大，压力值逐渐减小.在45°折边过程中，压力值在初始突增后逐渐下降；在90°折边过程中，压力值在最后会发生突变，急剧上升.这是因为随着板材挤压，内外板之间的间隙急剧减小，由于压黏效应的影响，在狭窄间隙内，折边胶黏度会增加，导致间隙压缩所需的压力变大，从而压力值在90°折边过程中的最后阶段会有突增现象.随着的增大，压力曲线的变化趋势不变.在90°折边中的压力突增阶段的峰值会随着的增大而减小；45°折边中的最终状态压力随着的增大而增大.

信息技术必将为幼儿教育带来新的途径与方法，具有积极的作用。灵活根据教学内容使用信息技术，必然能够给幼儿带来更好的学习体验，达到理想的效果。本文提出以下几项信息技术在农村幼儿园教学中的灵活应用措施。

4.3 胶层填充率对比

根据图2的工艺模型结构示意图以及表1的主要尺寸参数，基于FEM-SPH法建立的涂胶包边工艺数值模拟模型如图3所示.由于采用三维模型进行计算，模型整体厚度设为15 mm.内外板采用FEM法划分网格，单元类型为C3D8R，内板共划分 7 676 个单元、11 934 个节点；外板网格大小设为0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm，且在弯角处调整了细化网格，避免折弯时网格发生畸变，共划分 10 184 个单元、15 795 个节点.

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4.4 填充率多元拟合回归方程

薄板含胶包边仿真结果的3D点图如图13所示.为定量探究折边胶直径、离边距、包边厚度等3个关键工艺参数对填充率的影响规律，利用多元多次方函数对其进行拟合回归，得到填充率关于、、等变量的关系式如下：

由于内外板之间的包边间隙过小，难以观察到胶层的流动状态，为计算胶层填充率，将填充完毕的样本放入烤箱中烘烤，使胶层固化并牢牢粘在板材上.在样本完全冷却后，用尖嘴钳、手工刀等工具将结构破开，并将板材压平整，得到固化破胶之后的样本.根据填充率的计算公式可知，只需要知道空腔V、V的长度、即可求得胶层的填充率.忽略折边胶固化过程中的微弱膨胀以及板材加热膨胀后的微小变形.在破胶样本上量得胶粘剂边缘与近端外板边缘即为，在内板上量得胶粘剂边缘距离折弯区的距离即为，固化试样填充测量示意如图7所示.

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凉州区作为全国水利改革试点县（区），2014年组建成立凉州区水利工程质量监督与安全管理站，负责全区水利工程建设质量监督与安全管理工作，委派监督员，对辖区内在建水利工程进行监督管理。近年来，按照质量监督分级管理权限，先后承担了全区高效节水灌溉、农村饮水安全、水环境综合治理、水库移民后期扶持、农业水价综合改革、抗旱应急、山洪灾害和山洪沟治理等工程的质量监督任务，质量监督管理工作取得了一定成绩。

47904-16475+4703 7+256781

(8)

3≤≤5； 3≤≤34； 05≤≤15

利用式(8)可快速根据给定的工艺参数组合估算成形后的胶层填充率，为实际工艺过程中的参数设计提供参考，节省设计以及试验成本.

5 结论

车身门盖件含胶包边成形质量影响产品的外观，一直是车身工艺优化的重点问题.本文介绍了含胶包边工艺的成形质量缺陷类型，并分析了填充状态对成形质量的影响，列举了折边胶直径、离边距、包边厚度等3个影响因素.基于门盖件典型的平面-直边包边结构，建立了含胶包边数值模型，并通过含胶包边实验，验证了所建立数值模型的合理性.具体结论如下：

(1) 通过含胶包边过程及其最终填充状态的仿真与实验对比验证了两者的一致性较高；基于FEM-SPH法的数值模型能有效模拟折边胶在内外板间隙的受挤压流动状态；数值模拟与实验填充率计算结果吻合度较高，说明所建数值模型是合理的.

(2) 由于模具表面微观不平、受摩擦力影响等因素，实验测得的模具压力值大于仿真得到的压力值，但由实验得到的压力曲线与仿真得到的压力曲线的变化趋势是吻合的，这进一步说明了所建数值模型的有效性.

(3) 随着折边胶直径的增大，填充率有所升高；在折边胶直径与离边距一定时，填充率随着折边厚度的增加而减小；当折边厚度不变时，不同折边胶直径的平均填充率随着离边距的增加而有略微减小.折边胶直径对填充率的影响最明显，折边厚度次之，离边距的影响最小.

(4) 基于数值模拟得到的填充率数据，利用多元多次拟合回归得到了填充率关于折边胶直径、离边距、包边厚度等工艺参数的关系式，为实际生产过程中的工艺参数组合设计提供了依据.